经过超离子导体改性的镍泡沫可实现区域可控沉积,从而制备出稳定的钠阳极

《Inorganic Chemistry Frontiers》:Superionic-conductor-modified nickel foam enables region-induced deposition for stable sodium anodes

【字体: 时间:2025年10月28日 来源:Inorganic Chemistry Frontiers 6.4

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  钠枝晶抑制与高容量保持的钠金属电池电极设计:通过快速离子导体修饰三维镍泡沫骨架,实现离子电子双功能传导与空间限域沉积,抑制枝晶并缓解体积膨胀,对称电池稳定运行300小时,全电池5C倍率下循环400次容量保持94.6%。

  

钠金属电池的实际应用受到钠枝晶无序生长和体积大幅波动的严重阻碍,这些问题导致安全隐患和循环性能不佳。在此,我们设计了一种复合的3D镍泡沫骨架,并对其进行了快速离子导体(FIC)网络的修饰,以实现离子和电子的双重导电性,从而实现钠金属的空间定向沉积和限制生长。FIC修饰材料对钠离子(Na+)具有很强的亲和力,确保了离子的均匀分布,并使钠金属优先沉积在多孔镍骨架内部而非表面。这种独特的结构促进了钠金属的定向沉积和空间限制,有效抑制了枝晶的形成并减缓了体积膨胀。此外,FIC网络显著提升了钠离子在电镀/剥离过程中的传输速率,提高了电化学可逆性。因此,经过FIC修饰的3D镍骨架能够提供稳定的钠金属负极,具有更长的循环寿命和更低的极化效应。对称结构的电池在0.5 mA cm?2的电流和2 mAh cm?2的放电速率下可稳定运行300小时;而全电池在5C的放电倍率下经过400次循环后仍保持了94.6%的容量保持率。这项工作提出了一种合理的电极设计策略,通过离子定向重新分布和物理限制来实现无枝晶的钠金属负极,为开发高能量密度的钠基电池提供了新的思路。

图形摘要:超离子导体改性的镍泡沫实现了钠金属的定向沉积,从而获得稳定的负极性能
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